Verfahren und Einrichtung zur Überwachung des Sauerstoffgehaltes im Wasserstoff und umgekehrt. Zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes im Wasserstoff, oder umgekehrt, bestehen be kanntlich zwei Methoden: Die eine Methode führt die Bestimmung durch Verbrennung durch..
Die zweite Methode beschreitet den Weg der 'Absorption des Sauerstoffes.
Diese -Prüfverfahren . werden nicht nur im Laboratoiium benutzt, sondern -bilden auch zum Teil die Grundlage selbsttätiger Gasprüfer, die zur ständigen Kontrolle des Reinheitsgrades von Wasserstoff oder Sauer stoff konstruiert worden sind. Alle diese Gas prüfer arbeiten jedoch keineswegs hinrei chend zuverlässig und absolut selbsttätig.
Das Verfahren gemäss der Erfindung lässt sich nun, im Gegensatz zu den all den be kannten Einrichtungen zugrunde liegenden, tatsächlich vollkommen selbständig durch führen, erfordert keine Bedienung und lässt trotzdem eine zuverlässige Kontrolle des Reinheitsgrades der Gase zu. Man kann mit ihr den Sauerstoffgehalt im- Wasserstoff und umgekehrt mit einer Genauigkeit bestimmen, die sogar grösser ist als diejenige, die labora toriumsmässig mittelst . der Hempel'schen Pi pette erreichbar- ist.
Die Erfindung besteht darin, -dass man der Beimengung Gelegenheit gibt, sich mit dem Hauptgas zu vereinigen, jedoch nicht die Vo lumenänderung, sondern vielmehr die ther mische Seite des Vorganges zur Überwachung der Gaszusammensetzung benützt, also bei spielsweise die Temperaturänderung -des zu untersuchenden Gasgemisches in einer Ver brennungskammer beobachtet bezw. misst, ge gebenenfalls mit Hilfe . eines registrierenden Instrumentes. In dieser Verbrennungskammer kann beispielsweise auf Tonscherben niederge schlagenes Palladium oder eine andere, mög lichst intensiv wirkende Kontaktsubstanz eingebracht sein.
Die Erfindung sei anhand des Ausfüh rungsbeispiels der Zeichnung.näher erläutert, die im Schema eine zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung brauchbare Einrichtung zeigt: In -der Zeichnung ist T eine Waschflasche mit konzentrierter Schwefelsäure oder irgend eine sonstige Vorrichtung zum Trocknen des zu untersuchenden Gasgemisches, A ein Ge fäss aus Stahl oder anderem geeigneten Stoff, beispielsweise von 25 mm Durchmesser und 60 mm Höhe, in dessen obern Teil die Queck silberkugel eines mit feinster Teilung verse- henen Thermometers hineinragt.
B ist ein ich grosses und in gleicher Weise ausge- cr e tD fülirtes Gefäss - wie A, das jedoch mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist und mit einer Kontaktsubstanz ausgefüllt ist. Die Wärmeisolation kann, wie es die Zeich nung zeigt, nur ausserhalb des Gefässes ange bracht sein, oder es kann ausserdem oder aus schliesslich eine isolierende Innenauskleidung vorgesehen sein. In gleicher Höhe wie im Ge fäss A befindet sich auch im Gefäss B die Quecksilberkugel eines zweiten Thermometers, das in Bauart und Abmessungen vollständig dem Thermometer gleicht, das in das Gefäss A eintaucht. Beide Thermometer sind gegen einander geeicht.
B ist ein Rotamesser oder sonstiger geeig neter Gasmessapparat, der es ermöglicht, mit genügender Genauigkeit die durch die Gas prüfeinrichtung hindurchgehende Gasmenge zu messen. Mit seiner Hilfe wird festgestellt, ob die durch den Apparat. hindurchgellende Gasmenge die bei der Eichung der Einrich tung vorausgesetzte ist.
Diese Einrichtung wird zweckmässiger weise wie folgt benutzt: Das zu untersuchende Gasgemisch wird beispielsweise einem unter Flüssigkeitsver- schluss stehenden Gasbehälter entnommen, oder von einem zu überwachenden Gasstrom abgezweigt, und in die Rohrleitung L einge lassen, über ein. Ventil V, das die durch den Apparat hindurchgehende Gasmenge einzu stellen gestattet. Etwaige kleine Druck schwankungen in der Gasleitung sind- ohne merklichen Einfluss auf das Prüfungser gebnis:.
Sollten jedoch beim fraglichen Be triebe erhebliche Schwankungen im Gasdruck vorkommen, so wird man zweckmässigerweise, zur Konstanthaltung der durchfliessenden Gasmenge, vor den Apparat irgend eine selbsttätige Ausgleichsvorrichtung, beispiels weise ein Druckreduzierventil einbauen. Da es sich jedoch regelmässig um ganz geringe Grasmengen, etwa 25 bis 100 Liter pro Stunde, handelt, kann der Druckausgleich selbst durch die einfachsten Mittel mit hin reichender Sicherheit und Zuverlässigkeit er reicht werden.
Das zugelassene Gas durchströmt nun die Waschkammer oder das Trockenelement T und sodann hintereinander den Behälter A und B. Im Behälter B findet die Verbrennung, also Verbindung der Beimengung von Sauerstoff mit Wasserstoff, statt. Angenommen, dass der zu prüfende Was serstoff absolut rein ist, also keine Verunrei nigungen an Sauerstoff enthält, so findet auch im Gefäss B keine Verbrennung statt und die Anzeige der beiden in die Kammer A und B eintauchenden Thermometer muss absolut gleich sein.
Finden sich jedoch auch nur Spüren von Sauerstoff im Wasserstoff bezw. von Wasserstoff im Sauerstoff, J,05 Volumenprozent Beimischung des einen Gases zum andern reichen aus, so entsteht in der Kammer eine Temperaturerhöhung, und es wird somit eine Temperaturdifferenz durch Ablesung an den beiden Thermometern fest gestellt. Diese Temperaturdifferenz wird um so höher, je grösser der Gehalt des als Ver unreinigung zu betrachtenden Gases ist.
Diese Differenz lässt sich theoretisch ermitteln und befolgt ein in Form einer Gleichung\ angeb- bares Gesetz, dessen graphische Darstellung ohne weiteres möglich ist. Die Angabe dieses Gesetzes unterbleibt jedoch hier, da es für die Praxis genügt, empirisch für jeden Appa rat die Temperaturdifferenzen festzustellen, die ganz bestimmten Verunreinigungsgraden zugeordnet sind, und diese in einer Tabelle zusammenzustellen, die dem Apparat beige geben wird.
Derart ist man dann in der Lage, in jedem Augenblick durch Feststellung der Temperaturdifferenz anhand der Tabelle festzustellen, ob und welcher Verunreini gungsgrad vorhanden und somit, bei gegebe nem Volumen, wie gross der Sauerstoff- bezw. Wasserstoffgehalt ist.
Da die Temperaturdifferenz ausser vom Reinheitsgrad und von der sekundlichen Dur chströmungsmenge nur noch von der Grösse der Kammern<I>A</I> und<I>B</I> abhängt, gilt für jede einzelne Apparate-Type bei Einhal tung der Durchströmungsmenge die einmal hergestellte Tabelle. Hält man aber die Kam mer A. beispielsweise durch Einbettung in Eis stets auf 0 Grad, so können am zweiten Thermo meter statt der Temperaturgrade sogar direkt die Prozente des Sauerstoffgehaltes im Was serstoff, oder umgekehrt, angegeben und ab gelesen werden.
Eine direkte Ablesung, ohne Zuhilfe nahme von Tabellen, ist auch möglich, wenn man das Gas, wie gestrichelt eingezeichnet, der Kammer B statt durch eine Kammer A, durch eine Kühlschlange g zuleitet, die in einem mit Eis gefüllten Behälter A' einge baut ist; es wird sich dann empfehlen, an der Austrittsstelle des Gases an der Kühlschlange K ein Kontrollthermometer<I>T'</I> anzuordnen, welches beim Betrieb der Einrichtung 0- zeigen soll.
In all diesen Fällen der direkten Ab lesung wird man zweckmässigerweise das Thermometer, das in die Kammer B hinein ragt, nicht in Wärmegraden, sondern viel mehr in Prozenten eichen.
Selbstverständlich kann. man die Queck silberthermometer durch andere Flüssigkeits thermometer ersetzen. Man kann aber auch Thermoelemente verwenden, die mit Gal vanometern verbunden sind, die unmittelbar die Temperaturdifferenzen anzeigen und auch graphisch registrieren können. Da die elektro motorischen Kräfte streng genommen nicht bloss von der Temperaturdifferenz, sondern auch vom Werte der Temperaturen selbst abhängen, ist es auch hier zweckmässig die Temperatur der Kammer A durch Kühlung mit Eis auf 0 Grad zu halten.
Besonders einfach ist nun unter Anwen dung des Verfahrens und mit einem Apparat gemäss der 'Erfindung eine Gefahranzeige durchzuführen, sobald sich das Gasgemisch der Explosionsgrenze nähert. Bei auf 0 Grad ge haltener Kammer A genügt es, zwei einge schmolzene Platindrähtchen im Wege des Quecksilberfadens desThermometers derKam- mer B an solcher Stelle anzuordnen, dass die beiden Elektroden durch den Silberfaden überbrückt werden, wenn die= Temperatur in der Kammer B ein vorbestimmtes Mass über schreitet, das beliebig nahe der Temperatur gewählt werden kann,
die der Explosions grenze entspricht.
Ein selbsttätiges Anzeigen der Gefahr oder auch eine selbsttätige Abstellung der Gaszuführung oder Gaserzeugung kann bei spielsweise bei Benützung eines Thermoele- mentes erfolgen, indem an der Galvanometer- Skala ein Kontakt angebracht wird, der bei Nähern des Gasgemisches an die Explosions grenze in Tätigkeit tritt und einen Strom kreis schliesst, durch den eine Alarmvorrich tung oder eine in den Betrieb eingreifende Schaltvorrichtung betätigt wird.
Mit Rück sicht darauf, dass es sich manchmal um bloss zufällige Schwankungen des Gehaltes an dem einen oder- andern Gas handeln kann, wird es sich empfehlen, solche Alarm- oder selbst tätigen Abschaltvorrichtungen der Gasfüh rung in der Hauptleitung mit gewisser Träg heit auszuführen, so dass nur länger dauernde und somit tatsächlich bedrohliche Gehalte an dem einen oder andern Gas diese Alarm- oder Abschaltvorrichtungen schliesslich in Tätigkeit setzen.
Um bei Untersuchungen von Gasen, bei denen das Mischungsverhältnis nahe und oft oberhalb der Explosionsgrenze liegt, ein Rückschlagen der Flamme in die Leitung zu verhindern, ist es zweckmässig zwischen Gas leitung und Apparatur ein Rückschlagventil, beispielsweise am einfachsten in Form einer mitQuecksilber gefülltenWulff'schen Flasche anzuordnen.
Ebenso wird es zweckmässig sein, hinter dem Rotamesser R eine solche Flasche oder ein sonstiges Rückschlagventil anzubrin gen, damit nicht Luft in den Apparat nach gesaugt werden kann, Diese Rückschlagventile sind jedoch in der Zeichnung nicht angedeutet, da normaler. weise oberhalb der Explosionsgrenze liegende "Gase nicht untersucht werden.
Gegen ihre unbeabsichtigte Entstehung wird aber gerade der Apparat gemäss der Erfindung die beste Vorbeugungsmassnahme sein, da er selbsttätig ohne jede Bedienung jede Änderung in der Zusammensetzung des Gases bereits nach wenigen Sekunden, nachdem diese Änderung eingetreten ist, anzeigt. Die einzige Wartung die der Apparat gemäss der Erfindung for dert, besteht darin, dass man bei Anwendung einer gekühlten Kammer<I>A</I> bezw. <I>A'</I> das Eis *von Zeit zu Zeit erneuert.
Im übrigen ist eine Erneuerung oder Regenerierung des In haltes der Kammer B bei den normalen Sauer stoff- bezw. Wasserstoffverunreinigungen der zu untersuchenden Gase erst nach vielen Mo naten erforderlich.
Will man gleichzeitig auch den Feuchtig keitsgehalt des Gasgemisches feststellen; so wird mit Vorteil ein Hygrometer H dem Nasch- oder Trockenelement T vorgeschal tet, mit dem man also gleichzeitig den Feuch tigkeitsgehalt des- Gases dauernd überwachen kann.
Process and device for monitoring the oxygen content in hydrogen and vice versa. It is well known that there are two methods for determining the oxygen content in hydrogen, or vice versa: One method is determined by combustion.
The second method takes the path of 'absorption of oxygen.
These testing procedures. are not only used in the laboratory, but also partly form the basis of automatic gas testers that have been designed to continuously monitor the purity of hydrogen or oxygen. However, none of these gas testers work sufficiently reliably and completely automatically.
The method according to the invention can now, in contrast to all the known devices on which it is based, actually be carried out completely independently, does not require any operation and nevertheless allows a reliable control of the degree of purity of the gases. It can be used to determine the oxygen content in the hydrogen and vice versa with an accuracy that is even greater than that which is averaged in the laboratory. the Hempel'schen Pi pette can be reached.
The invention consists in -that the admixture is given the opportunity to unite with the main gas, but not the volume change, but rather the thermal side of the process for monitoring the gas composition, so for example the temperature change -of the gas mixture to be examined observed respectively in a combustion chamber. measures, if necessary with help. of a recording instrument. In this combustion chamber, for example, palladium deposited on pottery shards or another contact substance that acts as intensively as possible can be introduced.
The invention is explained in more detail with the aid of the exemplary embodiment of the drawing, which shows a device useful for carrying out the method according to the invention in the diagram: In the drawing, T is a washing bottle with concentrated sulfuric acid or any other device for drying the gas mixture to be examined A vessel made of steel or other suitable material, for example 25 mm in diameter and 60 mm in height, in the upper part of which the mercury ball of a thermometer with finest graduation protrudes.
B is a vessel that is large and filled in the same way - like A, but which is provided with a heat-insulating layer and filled with a contact substance. The thermal insulation can, as the drawing shows, only be placed outside the vessel, or an insulating inner lining can also or finally be provided. At the same height as in vessel A, there is also the mercury ball of a second thermometer in vessel B, which is completely identical in design and dimensions to the thermometer immersed in vessel A. Both thermometers are calibrated against each other.
B is a rotary knife or other suitable gas measuring device which enables the amount of gas passing through the gas testing device to be measured with sufficient accuracy. With its help it is determined whether the apparatus. The amount of gas through which is required for the calibration of the device.
This device is expediently used as follows: The gas mixture to be examined is taken, for example, from a gas container that is sealed off from a liquid, or it is branched off from a gas flow to be monitored and let into the pipeline L via a. Valve V, which allows to adjust the amount of gas passing through the apparatus. Any small pressure fluctuations in the gas line have no noticeable effect on the test result.
If, however, significant fluctuations in the gas pressure occur in the operation in question, it is advisable to install some automatic compensation device in front of the apparatus, for example a pressure reducing valve, to keep the amount of gas flowing constant. However, since there are usually very small amounts of grass, around 25 to 100 liters per hour, the pressure equalization can be achieved with sufficient safety and reliability even by the simplest means.
The permitted gas now flows through the washing chamber or the drying element T and then one behind the other through containers A and B. Combustion takes place in container B, i.e. the addition of oxygen and hydrogen. Assuming that the hydrogen to be tested is absolutely pure, i.e. does not contain any oxygen impurities, there will be no combustion in vessel B and the display of the two thermometers immersed in chambers A and B must be absolutely the same.
However, there are only sensations of oxygen in the hydrogen respectively. of hydrogen in oxygen, 1.05 percent by volume, admixture of one gas to the other is sufficient, this creates a temperature increase in the chamber and a temperature difference is determined by reading on the two thermometers. This temperature difference becomes higher, the greater the content of the gas to be considered as impurity.
This difference can be determined theoretically and follows a law that can be specified in the form of an equation \, which can be represented graphically. The specification of this law is omitted here, however, since it is sufficient for practice to empirically determine the temperature differences for each apparatus, which are assigned to specific degrees of contamination, and compile them in a table that is attached to the apparatus.
In this way you are then able to determine at any moment by determining the temperature difference using the table, whether and what degree of contamination is present and thus, with a given volume, how large the oxygen or. Is hydrogen content.
Since the temperature difference depends on the degree of purity and the secondary flow rate only on the size of the chambers <I> A </I> and <I> B </I>, this applies to each individual device type if the flow rate is observed the table once made. But if you keep the chamber A. always at 0 degrees, for example by embedding it in ice, the percentage of the oxygen content in the hydrogen, or vice versa, can even be specified and read directly on the second thermometer instead of the temperature degrees.
A direct reading, without the aid of tables, is also possible if the gas, as shown in dashed lines, is fed to chamber B instead of through chamber A through a cooling coil g which is built into a container A 'filled with ice ; It is then advisable to arrange a control thermometer <I> T '</I> at the outlet point of the gas on the cooling coil K, which should show 0- when the device is in operation.
In all these cases of direct readings, the thermometer that protrudes into chamber B is expediently calibrated not in degrees of heat, but rather in percentages.
Of course you can. you can replace the mercury thermometer with other liquid thermometers. But you can also use thermocouples that are connected to galvanometers, which directly display the temperature differences and can also register them graphically. Since the electromotive forces, strictly speaking, depend not only on the temperature difference, but also on the values of the temperatures themselves, it is also useful here to keep the temperature of chamber A at 0 degrees by cooling with ice.
Using the method and using an apparatus according to the invention, it is particularly easy to carry out a hazard display as soon as the gas mixture approaches the explosion limit. With chamber A kept at 0 degrees, it is sufficient to arrange two fused platinum wires by means of the mercury thread of the thermometer in chamber B in such a place that the two electrodes are bridged by the silver thread when the = temperature in chamber B is a predetermined level exceeds, which can be chosen arbitrarily close to the temperature,
which corresponds to the explosion limit.
An automatic display of the danger or an automatic shutdown of the gas supply or gas generation can take place, for example, when a thermocouple is used, by attaching a contact to the galvanometer scale that comes into operation when the gas mixture approaches the explosion limit and one Circuit closes, by which an alarm device or a switching device intervening in the operation is actuated.
In view of the fact that it can sometimes be a matter of just random fluctuations in the content of one or the other gas, it is advisable to implement such alarm or self-acting shut-off devices for the gas supply in the main line with a certain degree of inertia, see above that only long-lasting and thus actually threatening levels of one or the other gas finally activate these alarm or shutdown devices.
In order to prevent the flame from flashing back into the pipe when investigating gases where the mixing ratio is close to and often above the explosion limit, it is advisable to have a non-return valve between the gas pipe and the apparatus, for example in the simplest form of a Wulff bottle filled with mercury to arrange.
It will also be useful to attach such a bottle or other non-return valve behind the Rotamesser R so that air cannot be sucked into the device. These non-return valves are not indicated in the drawing, as they are normal. "Gases lying above the explosion limit" are not examined.
However, the device according to the invention will be the best preventive measure against their unintended emergence, since it automatically indicates any change in the composition of the gas after a few seconds after this change has occurred, without any operation. The only maintenance that the apparatus according to the invention requires is that when using a cooled chamber <I> A </I> or. <I> A '</I> the ice * is renewed from time to time.
In addition, a renewal or regeneration of the contents of the chamber B in the normal oxygen or oxygen. Hydrogen contamination of the gases to be examined only required after many months.
If you want to determine the moisture content of the gas mixture at the same time; a hygrometer H is advantageously connected upstream of the snacking or drying element T, with which the moisture content of the gas can be monitored at the same time.